JPH1176270A - 歯科用石こう系埋没材組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 操作性やコスト等に優れた石こう系埋没材に
高い耐熱性を付与させ、歯科鋳造用陶材焼付貴金属合金
や陶材焼付ニッケルクロム合金等の溶融温度が高い歯科
鋳造用陶材焼付合金の鋳造に使用可能な歯科用石こう系
埋没材組成物を提供する。 【解決手段】 歯科用石こう系埋没材組成物として、 ａ）結合材としてのα−半水石こう及び ｂ）耐火材としての石英及び／又はクリストバライト と、更に混合されることがある ｃ）骨材としての金属酸化物，金属炭化物，金属窒化物
から成る群より選ばれる１種又は２種以上 から構成される混合物１００重量部に対し、溶融温度が
1400℃以上で1000℃における酸化物生成自由エネルギー
値が−90,000（cal／ｇ・mol Ｏ₂）以上であり且つ熱伝
導率がＦｅ以上の１種又は２種以上の金属粉末０.５〜
５重量部を混合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、歯科精密鋳造に使
用される歯科用石こう系埋没材組成物に関するもので、
より詳細には、熱伝導率が高い純金属或いは合金粉末を
混合することにより、鋳型の熱伝導性を高め、そして鋳
造時に熱を放散させ熱の集中を防止するようにしたこと
で、歯科鋳造用陶材焼付貴金属合金や陶材焼付ニッケル
クロム合金等の高い溶融温度を持つ歯科鋳造用陶材焼付
合金の鋳造に使用可能とした歯科用石こう系埋没材組成
物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】歯科金属修復物は、ロストワックス法に
よる精密鋳造技術により修復物の形態をワックス材料で
形成し、それにスプルー線（溶融金属注入口）を付し、
これを歯科用埋没材（以下、単に埋没材と称することが
ある）で埋没し、この埋没材が硬化した後にスプルー線
を抜き取りワックスを焼却除去することによってできた
空洞に溶融金属を注入する手順によって作製されてい
る。特に歯科金属修復物は、欠損した歯牙の修復を目的
として口腔内に装着して使用されるため高い寸法精度が
要求されており、精度に優れた歯科金属修復物を得るた
めには埋没材の硬化時及び加熱時の膨張を利用して、金
属の鋳造収縮を補償することが必要である。

【０００３】埋没材としては、一般に、石英及び／又は
クリストバライトなどの耐火材に結合材としてα−半水
石こうを混合した石こう系埋没材と、石英及び／又はク
リストバライトなどの耐火材に結合材としてリン酸二水
素アンモニウムと酸化マグネシウムとを混合した耐熱性
の高いリン酸塩系埋没材との二種類があり、液相点が10
00〜1100℃以下とＪＩＳ規格で規定されているインレ
ー，クラウン，ブリッジ用の貴金属系の歯科鋳造用合金
〔歯科鋳造用銀合金（JIS T 6108），歯科鋳造用金銀パ
ラジウム合金（JIS T 6106），歯科鋳造用金合金（JIS
T 6116）〕の場合には石こう系埋没材が使用され、鋳造
後に陶材の焼付け作業（約1000℃）に耐えられるような
高い液相点（1100℃以上）を有する歯科鋳造用陶材焼付
貴金属合金（JIS T 6118）や陶材焼付ニッケルクロム合
金の場合にはリン酸塩系埋没材が使用されている。

【０００４】石こう系埋没材とリン酸塩系埋没材とを比
較した場合、埋没材粉末と液（水や専用のコロイダルシ
リカ溶液）との練和作業や埋没時の流し込み作業等の操
作性については石こう系埋没材の方が優れているが、耐
熱性に関してはリン酸塩系の方が優れている。またコス
トの面については、主成分が、石こう系埋没材は石こう
とシリカ（石英及びクリストバライト）とから成るのに
対して、リン酸塩系埋没材ではリン酸二水素アンモニウ
ムと酸化マグネシウム及びシリカとで構成されるため、
石こう系埋没材の方が安価である。それに加えて、練和
液が、石こう系埋没材では水であるのに対して、リン酸
塩系埋没材では所定の膨張を得るため専用液（コロイダ
ルシリカ溶液）等が必要となる。従って、操作性やコス
ト面等では石こう系埋没材の方が遥かに有利であるが、
溶融温度が高い陶材焼付用合金の鋳造用としては耐熱性
が不充分で、鋳造体表面に鋳巣や面荒れ等の鋳造欠陥を
起こしてしまうため使用できないことが現在の石こう系
埋没材の技術上のネックとなっている。

【０００５】この耐熱性の不足の主原因の一つとして
は、石こう系埋没材のバインダーである石こうの熱伝導
性がリン酸塩系埋没材のバインダーであるリン酸マグネ
シウムの熱伝導性よりも低いことが挙げられる。溶融し
て鋳型内に鋳込まれた溶融合金は冷却と共に凝固する
が、熱伝導性の低い石こう系埋没材によって作製された
鋳型では熱の放散が遅延するために熱の集中（Ｈｏｔ
Ｓｐｏｔ）が発生し、その部分の凝固が極端に遅れて最
後に凝固するため凝固収縮が集中して鋳巣となる。ま
た、熱伝導が低いことによる熱の集中のため微細なシリ
カ（クリストバライトや石英）とバインダーである石こ
うとが反応して鋳型表面に焼き付きを引き起こし、これ
が原因となって鋳造体表面の面荒れという不都合を招
く。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前記従来技術
の問題点を解決し、操作性やコスト等に優れた石こう系
埋没材に高い耐熱性を付与させ、歯科鋳造用陶材焼付貴
金属合金や陶材焼付ニッケルクロム合金等の溶融温度が
高い歯科鋳造用陶材焼付合金（以下、単に陶材焼付合金
と称することがある）の鋳造に使用可能な歯科用石こう
系埋没材組成物を提供することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決すべく鋭意研究の結果、結合材としてのα−半水
石こうと耐火材としての石英及び／又はクリストバライ
トとから構成される混合物に、熱伝導率，溶融温度及び
1000℃における酸化物生成自由エネルギー値の３つの特
性に対して一定の条件を満足する金属粉末を所定量混合
して歯科用石こう系埋没材組成物とすれば、当該埋没材
組成物で作製された鋳型は鋳造時の熱の放散能力が向上
して熱集中（Ｈｏｔ Ｓｐｏｔ）を防止することが可能
となり、鋳造収縮を原因とする鋳巣の発生及び埋没材の
焼き付きによる鋳造体の面荒れなどの鋳造欠陥の無い高
品位の鋳造修復物の作製が可能となる共に、前記金属粉
末を所定量混合される混合物に更に骨材としての金属酸
化物，金属炭化物，金属窒化物から成る群より選ばれる
１種又は２種以上を混合すれば、鋳造体の面荒れや埋没
材成分の焼き付きを更に抑制できることを究明して本発
明を完成したのである。

【０００８】

【発明の実施の形態】即ち、本発明に係る歯科用石こう
系埋没材組成物は、 ａ）結合材としてのα−半水石こう、 ｂ）耐火材としての石英及び／又はクリストバライト から構成される混合物１００重量部に対し、溶融温度が
1400℃以上で1000℃における酸化物生成自由エネルギー
値が−90,000（cal／ｇ・mol Ｏ₂）以上であり且つ熱伝
導率がＦｅ以上の１種又は２種以上の金属粉末０.５〜
５重量部が混合された第１の発明と、 ａ）結合材としてのα−半水石こう、 ｂ）耐火材としての石英及び／又はクリストバライト、 ｃ）骨材としての金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物
から成る群より選ばれる１種又は２種以上 から構成される混合物１００重量部に対し、溶融温度が
1400℃以上で1000℃における酸化物生成自由エネルギー
値が−90,000（cal／ｇ・mol Ｏ₂）以上であり且つ熱伝
導率がＦｅ以上の１種又は２種以上の金属粉末０.５〜
５重量部が混合された第２の発明とから成るものであ
り、この第２の発明においては骨材が歯科用石こう系埋
没材組成物中に２〜40重量％混合されていることが好ま
しい。

【０００９】ところで、埋没材に要求される性質とし
て、鋳造収縮を補償することが挙げられる。これは、作
製された鋳型は、その鋳型内に溶融金属が鋳込まれるた
めの空洞を得るためにワックス原型（ワックスパター
ン）を焼却しなければならないから、この時の加熱を利
用して同時に埋没材の中のシリカ（クリストバライトや
石英）の熱変態を引き起こさせて鋳型自体を三次元的に
膨張させることで鋳造収縮を補償しているのである。

【００１０】また、歯科精密鋳造の鋳造体は非常に複雑
で微少な部分まで正確に再現する必要がある。そのた
め、溶融金属が鋳型の辺縁まで完全に鋳込まれるように
するためにも鋳型が充分に加熱される必要がある。

【００１１】以上の理由から、鋳型は通常650℃〜800℃
程度に保持された電気炉内において加熱される。鋳造操
作は、歯科鋳造用合金材料をガス炎や高周波誘導加熱な
どの熱源により溶解し、遠心力やガスによる加圧によっ
て加熱された鋳型に鋳込むことにより行われる。鋳込ま
れた溶融金属は鋳型内で冷却され、液相点まで達すれば
凝固を開始し固相点に達するまで凝固が進行する。歯科
精密鋳造システムにおいては、凝固途中の収縮を鋳造体
本体には発生させないように「押し湯」などの手段によ
り溶融金属の補給をなさしめることで保証し、最終的に
凝固収縮は「押し湯」や「湯溜り」に発生するような鋳
造方案を設計する。

【００１２】しかしながら、石こう系埋没材を使用した
鋳型に溶融温度が1100℃〜1300℃の陶材焼付合金を鋳込
んだ場合には、鋳型の熱放散能力がリン酸塩系埋没材と
比較して低いため熱集中が発生し、「押し湯」や「湯溜
り」を付与させるだけの鋳造方案では凝固収縮を鋳造体
本体に発生させないことが不可能であり、鋳造体本体に
も鋳巣を発生させてしまう事態を招くことになる。

【００１３】また、熱の放散能力の不足による熱集中に
より、微細（350メッシュよりも小さな粒子）なシリカ
（クリストバライトや石英）粉末やバインダーである石
こうと溶融金属とが反応して鋳造体表面に焼き付きを起
こし、鋳造体に面荒れを発生させてしまうという現象を
招く。この現象の原因は、未だ明確にはなっていないと
ころもあるが、より粒径の大きなシリカ（100メッシュ
程度）だけを混合した石こう系埋没材では、このような
面荒れが起き難いという検証を得ている。従って、表面
エネルギーが高く反応性が大きい微細なシリカ粒子がこ
の面荒れ現象の原因の一つであると推察できる。しかし
ながら、滑沢な表面状態を持つ鋳造体を得るには、微細
なシリカ粒子を埋没材に配合することが現在の歯科精密
鋳造システムでは必須な条件となっている。このように
微細なシリカ粒子を使用しているにも拘らず面荒れを防
止することは重要な意味を持ち、本発明のように埋没材
に熱伝導率の高い金属粉末を混合して鋳型の熱の放散能
力を高めたことは極めて有用である。

【００１４】次に、本発明に係る歯科用石こう系埋没材
組成物に混合される金属粉末の溶融温度が1400℃以上と
規定した理由について説明する。

【００１５】埋没材で作製された鋳型は、前述した通
り、通常電気炉において650℃〜800℃に加熱されて使用
される。また、本発明に係る歯科用石こう系埋没材組成
物で作製される鋳型には、溶融温度が1100℃〜1300℃の
陶材焼付合金が鋳込まれるため、その溶融金属と接触す
る鋳型壁の温度は1300℃以上になる可能性がある。つま
り、熱伝導性を向上させる目的で混合された金属粉末の
溶融温度が鋳込まれた溶融金属よりも低い場合には、埋
没材に混合された金属粉末が溶融して鋳込まれた合金と
溶融状態で合金化が起きてしまい、鋳造体表面での焼き
付きや面荒れが引き起こされる。ところで、Ｃｕ粉末は
後記する表１に示すように100℃における熱伝導率が394
Ｗ／ｍ・Ｋと表１に示した金属中で最大の値を有してい
るが、その溶融温度が1083℃と低い。このため、溶融温
度が1300℃の陶材焼付合金を鋳込むと、Ｃｕ粉末とこの
陶材焼付合金とが反応して焼き付きと面荒れとが起きて
しまっていることが確認できた。このような現象を避け
るために、本発明における条件として、混合される金属
粉末の溶融温度は1400℃以上と規定したのである。

【００１６】次に、本発明に係る歯科用石こう系埋没材
組成物に混合される金属粉末の1000℃における酸化物生
成自由エネルギー値が−90,000（cal／ｇ・mol Ｏ₂）以
上と規定した理由について説明する。

【００１７】金属粉末が酸化すると、熱伝導率が極端に
低下する（約十分の一程度になると言われている）こと
が知られている。つまり、酸化し易い金属粉末が埋没材
に混合された場合には、鋳型が電気炉で加熱されること
で大気中の酸素により常に酸化雰囲気に曝されているか
ら、鋳型の熱伝導性を向上させることはないのである。
この例として、具体的には、本発明の検討過程におい
て、Ｃｒ粉末を混合した埋没材で作製した鋳型では加熱
中にＣｒ粉末が酸化してしまった。これは、Ｃｒ粉末が
金属の状態であれば後記する表１に示すように426℃で
の熱伝導率が76.2Ｗ／ｍ・Ｋと高い値を有しているが、1
000℃における酸化物生成自由エネルギー値が低い（約
−130,000cal／ｇ・mol Ｏ₂）ために加熱中に容易に酸
化されて酸化クロムに変化してしまい、鋳型の熱伝導性
が期待した通りには向上しなかった。そのため鋳造体に
は熱集中による鋳巣の発生が確認された。但し、この場
合には生成した酸化クロムのために鋳型壁の耐熱性が向
上して、鋳造体の面荒れが発生せず表面状態は良好であ
った。

【００１８】このような検討過程において、鋳型の加熱
中に大気に曝されても酸化しないで金属の状態が維持さ
れる金属元素を探索するために様々な金属粉末を埋没材
に混合することを試みた。その結果として、Ｔｉ，Ｍ
ｎ，Ｃｒ，Ｍｇ及びＡｌなどは加熱中に酸化して酸化物
を生成してしまい、純金属の状態で残留することは不可
能であることが検証できた。これらに対し、Ｃｕ，Ｗ，
Ｎｉ，Ｃｏ及びＦｅでは加熱中に酸化物が或る程度生成
されるが、金属の状態でも残留することが判明して鋳型
の熱伝導性を向上させ鋳造欠陥の防止効果を確認でき
た。以上の事実と後記する表１に示すように各金属の10
00℃における酸化物生成自由エネルギー値との関連を検
討して、ＦｅがＦｅＯに酸化される酸化物生成自由エネ
ルギー値である−90,000（cal／ｇ・mol Ｏ₂）以上の酸
化物生成自由エネルギー値を有する金属であれば、鋳型
の加熱中に金属粉末の殆どが酸化物に変化しないで金属
の状態を維持することが可能であると確認できた。それ
に対して1000℃における酸化物生成自由エネルギー値が
−90,000（cal／ｇ・mol Ｏ₂）未満の金属では鋳型の加
熱中に大部分が酸化物に変化してしまうことが判明した
ので、酸化物生成自由エネルギー値の限界を−90,000
（cal／ｇ・mol Ｏ₂）以上と規定したのである。

【００１９】次に、本発明に係る歯科用石こう系埋没材
組成物に混合される金属粉末の熱伝導率がＦｅ以上であ
ると規定した理由について説明する。

【００２０】本発明の目的の一つは、高い熱伝導性を持
つ鋳型材（埋没材）を提供することである。その副次的
な効果として、鋳巣や面荒れなどの鋳造欠陥を防止する
ことがある。そのためには、混合される金属粉末の熱伝
導率が高いことが望ましい条件となる。そこで、本発明
者らは鋳型の熱伝導性を高め鋳造後の熱の放散能力を向
上させるのに充分な熱伝導率を有する元素を探索するた
めに様々な金属粉末を埋没材に混合するこを試みた。こ
れは、前述の溶融温度及び1000℃における酸化物生成自
由エネルギー値の項目の必要条件を鑑み、更に金属粉末
のコストを考慮してＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｗ及びＳＵＳ３
０４ステンレス粉末を選出して埋没材を試作し、熱放散
能力向上による鋳造欠陥の防止効果を検証した。

【００２１】その結果は、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ及びＷにつ
いては熱放散能力の向上による鋳造欠陥防止効果が確認
できた。一方、ＳＵＳ３０４ステンレス粉末では、後記
する表１に示すように溶融温度が1400℃以上であるた
め、鋳込まれた溶融金属との合金化に起因する鋳造体の
面荒れや鋳型の加熱中における激しいステンレス粉末の
酸化は確認されなかったが、鋳型の熱放散能力の向上に
よる鋳造欠陥の防止効果は確認されなかった。その理由
は、ＳＵＳ３０４ステンレス粉末がＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉと
いう比較的熱伝導率が高い元素の組み合わせによる合金
でありながら（表１を参照）、合金化されステンレスに
なった場合の熱伝導率は100℃において21Ｗ／ｍ・ＫとＦ
ｅの約三分の一程度の低い値であるため、この合金粉末
を混合しても鋳型としての熱放散能力は期待通りに向上
しないので鋳造欠陥の防止効果も発揮できないものと思
われる。以上のことから、本発明における熱伝導率の必
要条件は、熱放散能力の向上による鋳造欠陥防止効果が
確認された金属粉末の中でＦｅが最も熱伝導率の値が低
かったので、熱伝導率はＦｅ以上と規定した。

【００２２】次に、本発明に係る歯科用石こう系埋没材
組成物に混合される金属粉末の混合量を０.５〜５重量
部に規定した理由について説明する。金属粉末の混合量
が０.５重量部に満たない場合には、熱伝導性の向上に
よる鋳造欠陥防止結果が不充分であったため下限を０.
５重量部とした。

【００２３】一方、上限を５重量部とした理由は次の通
りである。埋没材から鋳型を作製する場合には、埋没材
粉末と所定量の水とを練和して泥状のスラリーと成し、
これを流し込んで鋳型とする。埋没材に混合されている
金属粉末も練和時には水と接触するから、僅かながらも
金属粉末から金属イオンが練和泥中に溶出することにな
る。ところで、練和泥は埋没材中のバインダーであるα
−半水石こうが水との反応で二水石こうに変化すること
によって硬化して鋳型となり、その反応は以下の通りで
ある。 ２ＣａＳＯ₄・１／２Ｈ₂Ｏ＋３Ｈ₂Ｏ→２ＣａＳＯ₄・２
Ｈ₂Ｏ この反応において水の中に金属イオンが含有されている
と、その金属イオンの種類や量により、上記の反応が遅
延したり促進したりする場合がある。特に、アルカリ金
属のイオンはこの反応に大いに影響を与えるため、石こ
うには硬化促進材，硬化抑制材，膨張抑制材などにアル
カリ金属の水溶性の塩が硬化調整材として積極的に混合
されている。本発明においてはアルカリ金属の粉末を混
合することは特性上考慮されていない。しかし、Ｆｅ，
Ｃｕ及びＺｎなどの金属粉末を混合した場合には、微量
のこれらの金属イオンが溶出することが確認され、それ
が埋没材中の石こうの硬化反応に影響を及ぼすことが判
明した。その溶出する量は混合された金属元素により異
なり、また硬化反応に及ぼす影響についてもそれぞれ異
なるが、本発明においては金属粉末の混合量が５重量部
以下であれば前記条件、すなわち溶融温度が1400℃以上
で1000℃における酸化物生成自由エネルギー値が−90,0
00（cal／ｇ・mol Ｏ₂）以上であり且つ熱伝導率がＦｅ
以上である条件を満足するどの金属元素であっても製造
時の調整により埋没材の硬化特性をはじめ他の性質に顕
著な影響を与えないことが確認された。このため金属粉
末の混合量の上限を５重量部と設定したのである。

【００２４】次に、本発明に係る歯科用石こう系埋没材
組成物における前記金属粉末を所定量混合される混合物
中に混合されることがある骨材としての金属酸化物，金
属炭化物，金属窒化物の１種又は２種以上に規定した理
由について説明する。金属粉末を混合することにより、
鋳型の熱伝導性の低さに起因する鋳巣や鋳造体の面荒れ
の発生については充分な改善が認められるが、金属粉末
の混合量が少ない場合（０.５〜１重量部）においては
埋没材の焼き付きによる面荒れの防止効果が不充分な場
合がある。その改善策は、骨材としての金属酸化物，金
属炭化物，金属窒化物などを埋没材に混合することであ
る。具体的には、金属酸化物としては、アルミニウム，
イットリウム，ジルコニウム，クロム，チタン及びマグ
ネシウムの酸化物、金属炭化物としては、タングステ
ン，ニオブ，タンタル，シリコン，ジルコニウム，ホウ
素，モリブデン，クロム及びチタンの炭化物、金属窒化
物としては、アルミニウム，クロム，ケイ素，ホウ素及
びチタンの窒化物等が挙げられる。

【００２５】本発明に係る歯科用石こう系埋没材組成物
における前記金属粉末を所定量混合される混合物中に混
合されることがある骨材としての金属酸化物，金属炭化
物，金属窒化物は、その組成物中に２〜40重量％混合さ
れることが好ましい。その混合量が２重量％未満の場合
には、混合物中にこれを混合したことによる埋没材の焼
き付き防止効果が充分には得られないことがあるためで
ある。尚、骨材としての金属酸化物，金属炭化物，金属
窒化物は、加熱時もそれぞれ各物質固有の熱膨張係数に
基づいた膨張を生じるに過ぎず、石英やクリストバライ
トのような加熱による結晶構造の変態に基づいた大きな
膨張は生じない。従って、これらの物質を過剰に混合す
ると耐熱性は向上するが埋没材自体の熱膨張量が低下し
てしまうので合金の鋳造収縮の補償が不充分となり、鋳
造体の適合性が悪くなる。これまでの研究探索や臨床結
果を検討した結果、臨床使用可能な鋳造体を得るために
は埋没材の硬化膨張と加熱膨張の合計値は１.５％以上
必要であることが確認されているので、熱膨張量の低下
を抑え所定の熱膨張量を確保するためには骨材を混合し
た場合でも、その量は４０重量％以下にすることが望ま
しい。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の実施例と比較例を挙げ本発明
を更に詳細に説明する。各実施例は後記する表２に示し
た組成で、各比較例は後記する表４に示した組成で、そ
れぞれ配合し以下に述べる方法で各種試験を行い比較し
た。試験結果は、後記する表３及び表５に示した。

【００２７】〈試料の作製〉内容量１０リットルの試験
配合用ポットミルを用いて埋没材の総重量を３Kgとした
スケールによる粉砕・混合を行った。初めに耐火材であ
る石英及び／又はクリストバライトと金属粉末をミルに
投入し耐火材が所定の粒度分布を示すまで粉砕した。そ
の後、結合材であるα−半水石こうを、場合によっては
それに加えて金属酸化物，金属炭化物，金属窒化物をミ
ルに投入し、粉砕・混合を行い、凝結時間・流動性の調
整を行った後にミルから排出した。

【００２８】〈特性試験方法〉それぞれの試料は、JIS
T 6601「歯科鋳造用石こう系埋没材」に定められた方法
により埋没材の特性を測定した。

【００２９】鋳造体の適合精度の評価方法は、ニッシン
社製のＡ.Ｄ.Ａ. Ｎｏ.２試験体のＭＯＤ模型を用い、
通法に従ってワックスパターンを作製し、それぞれの埋
没材で埋没して練和開始から60分後に加熱を開始し、15
0分で800℃まで昇温して30分間係留し、鋳型を800℃の
均一な状態にした後、歯科用遠心鋳造機を用いてジーシ
ー社製の歯鋳造用陶材焼付パラジウム合金「商品名：キ
ャスティングボンドＭ.Ｃ. Ｐｄ（液相点1300℃）」を
鋳造し、鋳型の冷却後に鋳造体を掘り出し、ジーシー社
製の歯科鋳造合金用洗浄液「商品名：パラクリーン」で
洗浄し、酸化被膜を除去してＭＯＤ模型に戻し、模型と
の浮き上がりを投影機を用いて測定し、その大小で適合
精度を評価した。

【００３０】また鋳造欠陥を評価する方法は、ニッシン
社製の既製ワックスパターンであるナチュラルワックス
パターンＣを前記適合精度の評価方法と同様の手順で鋳
型作製後、歯科用遠心鋳造機にてジーシー社製の歯科鋳
造用陶材焼付パラジウム合金「商品名：キャスティング
ボンドＭ.Ｃ. Ｐｄ」を鋳造し鋳型を室温まで放冷した
後に通法に従い鋳造体を鋳型から掘り出し、ナイロンブ
ラシで鋳造体に付着した埋没材を洗浄し、鋳造体の面荒
れ，鋳巣の発生状況をそれぞれ目視により評価した。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【表２】

【００３３】

【表３】

【００３４】

【表４】

【００３５】

【表５】

【００３６】金属粉末の混合による鋳型の熱放散能力向
上による鋳造欠陥の防止効果は、表２及び４の組成と表
３及び５の特性値の比較から確認できる。各表から明ら
かなように、各実施例においては、本発明に必要な条件
を満足した金属粉末が０.５〜５重量部混合されてお
り、金属粉末の混合による鋳型の熱放散能力が向上して
鋳造欠陥が防止されている。また、各実施例については
どの埋没材であっても歯科用陶材焼付用合金の鋳造が可
能となっている。実施例中で金属粉末の混合量が少なく
且つ金属酸化物，金属炭化物，金属窒化物から成る群よ
り選ばれる１種又は２種以上の骨材が混合されていない
実施例１及び４の場合には、表３から明らかなように液
相点の高いジーシー社製のキャスティングボンドＭ.Ｃ.
Ｐｄ合金を鋳造しても埋没材の焼き付き現象は軽度に
認められる程度であり、臨床応用が可能な範囲であっ
た。この場合の臨床応用が可能な範囲とは、経験上鋳造
体の適合精度で浮き上がり量が０.３ｍｍ以内で且つ鋳
巣の発生が無いものであり、その中でも浮き上がり量が
０.１ｍｍ以内であることが好ましい。尚、浮き上がり
量が０.３ｍｍを超えたものを臨床で使用する場合に
は、術者の更なる負担を伴うが、適切な形態修正を施す
ことによって用いることができる。

【００３７】一方、金属粉末が混合されていない比較例
１及び金属粉末の混合量が本発明の範囲の下限未満であ
る比較例２及び３では、鋳型の熱放散能力が不充分で、
その結果として鋳巣の発生及び面荒れの発生が認められ
て、その鋳造体を臨床応用することは不可能であった。
また、実施例１〜３と比較例１〜３とを比較すると、結
合材及び耐火材の組成は同一であるが、金属粉末の混合
量のみが相違している。これらの結果から、金属粉末を
埋没材へ混合することにより鋳型の熱放散能力を向上さ
せ鋳造欠陥の発生を防止する効果が認められ、本発明に
おいて金属粉末の混合量の下限を０.５重量部としたこ
との適切さが確認された。

【００３８】また、実施例３や６になると金属粉末の混
合量が３重量部を超えるため鋳型の熱伝導性が大きく向
上し、その結果として鋳造欠陥の発生防止効果も顕著と
なるため、これらの埋没材で作製された鋳型から得られ
る鋳造体の品位はリン酸塩系埋没材で作製された鋳型で
鋳造したのと同等であった。

【００３９】比較例５では、金属粉末としてＦｅが７重
量部混合されており、この混合量は本発明の混合量の上
限である５重量部を超えている。その結果として、比較
例５の特性では硬化時間が他の実施例及び比較例と比べ
て大きく遅延し、圧縮強さが低いことが表５の結果から
判る。

【００４０】前述したように、硬化時間の遅延の理由
は、金属粉末からの金属イオンの溶出により埋没材の硬
化特性へ影響するからである。埋没材の硬化特性は、バ
インダーである石こうによって変化するが、或る範囲内
では硬化促進材や硬化遅延材などで一定の幅で制御する
ことが可能であり、実際の埋没材の生産ではこのような
方法により一定の品質の製品を生産している。

【００４１】そして、本発明の検討過程においても金属
粉末の混合量が多くなるに従い金属イオンの溶出量が多
くなるために、硬化時間の遅延が大きくなることが確認
された。これは、金属粉末の混合量が多い実施例６，１
１，１２及び１４では、硬化時間が金属粉末の混合量が
少ない実施例よりも遅延したが、硬化時間を臨床使用上
の限界である２０分以内であった。しかしながら、比較
例５では金属イオンの溶出が過剰になっていて、硬化促
進材を混合しても硬化時間を２０分以内に設定すること
が不可能であった。その結果として、圧縮強さは埋没材
の圧縮強さの下限として設定している３ＭＰａを下回っ
た。圧縮強さが３ＭＰａ未満になると鋳型の強度が低下
して溶融金属の鋳込み時の圧力や衝撃に耐えられなくな
り鋳型の破損や鋳バリの発生などの重大な鋳造欠陥の原
因となるので、鋳造不可能となる。以上の検討から、本
発明において金属粉末の混合量の上限値を５重量部とし
たことの適切さが確認された。

【００４２】実施例３及び４は、１種類の金属粉末では
なく２種類の異なる金属粉末を混合した場合の効果を調
査したものである。どちらの実施例も混合される金属粉
末は本発明の範囲に含まれており、単一の金属粉末を混
合した実施例の場合と同様な効果が確認された。

【００４３】また、比較例４では混合された金属粉末が
Ｃｕであり、熱伝導率は表１に示すように実施例におけ
る金属粉末を使用した場合のどれよりも高い熱伝導率を
有している。それにも拘らず、比較例４の埋没材で作製
された鋳型によって鋳造された鋳造体においては、鋳型
の熱伝導性が向上したため鋳巣は無くなったが、鋳造体
の面荒れが確認された。この理由は、Ｃｕ粉末の溶融温
度が低く（1083℃，表１参照）、鋳込まれた歯科用金属
によりＣｕ粉末が溶解して鋳造体表面に焼き付いてしま
って面荒れを起こしたものと推察される。但し、Ｃｕ粉
末は1000℃における酸化物生成自由エネルギー値が−9
0,000（cal／ｇ・mol Ｏ₂）よりも大きいので、鋳型の
加熱時の酸化は少なく鋳型の熱伝導性が充分に確保され
たため鋳巣の発生は抑えられているものと考えられる。
このように熱伝導率が高い金属粉末を混合しても、金属
粉末の溶融温度が鋳込まれる金属の鋳込み温度より低い
場合には本発明の目的には使用が不可能となるので、歯
科用合金の溶融温度を考慮して混合する金属粉末の溶融
温度を1400℃以上としたことの適切さが確認された。

【００４４】ところで、比較例６にはＣｒが、そして比
較例８にはＡｌが金属粉末として混合されている。表１
を参照すると、Ｃｒ及びＡｌ共にＦｅよりも高い熱伝導
率を有している。このような元素が鋳型に含まれていれ
ば、鋳型の熱伝導性が高くなり、それによって鋳型の熱
放散能力も向上するため鋳巣の発生が抑えられることが
期待できる。しかしながら、実際に埋没材にこれらの金
属粉末を混合し、それにより作製された鋳型に鋳造した
場合には、表５に示すように鋳造欠陥の防止効果は期待
した通りには発揮されなかった。これは、Ｃｒ，Ａｌ共
に1000℃における酸化物生成自由エネルギー値が−90,0
00（cal／ｇ・mol Ｏ₂）よりも小さいため鋳型の加熱中
に酸化し易く、金属粉末が酸化物に変化して鋳型の熱伝
導性が向上しなかったためと考えられる。混合効果が明
白な金属元素はどれも1000℃における酸化物生成自由エ
ネルギー値が−90,000（cal／ｇ・mol Ｏ₂）以上の値を
有しており、以上のことから本発明に応用するための金
属粉末の条件としては1000℃における酸化物生成自由エ
ネルギー値が−90,000（cal／ｇ・mol Ｏ₂）よりも大き
いことが必須であることが確認された。

【００４５】また、比較例６である金属粉末としてＣｒ
を混合した場合には、Ｃｒが酸化してＣｒ₂Ｏ₃に変化し
て熱伝導率が低下してしまい、熱放散能力の向上による
鋳巣の防止には効果が確認されなかった。しかし、金属
クロムが酸化クロムという耐熱性の高い物質に変化した
ことで、鋳型壁の耐熱性が高くなり、埋没材の鋳造体へ
の焼き付きが減少したため鋳造体の面荒れは減少した。

【００４６】これに対し、比較例８のＡｌを混合した例
では、Ａｌの1000℃における酸化物生成自由エネルギー
値が小さいことに加えて溶融温度も660℃と低いため、
鋳型の加熱中に一部金属状態で残留したＡｌ成分が鋳造
体に焼き付き、面荒れを起こしたため鋳造体の浮き上が
りが大きくなってしまった。

【００４７】このように本発明の目的効果を得るために
は、熱伝導率のより高い金属粉末を混合することが必要
である。本発明における検証を行ったところでは、溶融
温度が1400℃で且つ1000℃における酸化物生成自由エネ
ルギー値が−90,000（cal／ｇ・mol Ｏ₂）以上であるこ
とが要求されていて、この条件を満足する金属粉末を選
出するとＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ及びＷなどが挙げられる。こ
れらの金属粉末を混合した実施例では、すべてにおいて
鋳造欠陥の防止効果が確認された。

【００４８】一方、比較例７では、溶融温度及び1000℃
における酸化物生成自由エネルギー値の必要条件を満足
しているステンレス粉末を混合している。しかし、ステ
ンレス粉末の熱伝導率が表１に示されるようにＦｅ以下
であるため、ステンレス粉末を混合したことによる鋳型
の熱伝導性は向上せず、鋳造欠陥の防止効果は確認され
なかった。以上の理由により、本発明における金属粉末
の熱伝導率をＦｅ以上としたことの適切さが確認され
た。

【００４９】実施例１と実施例７の差異は、石英，クリ
ストバライトのそれぞれ１重量％を炭化珪素，窒化ボロ
ンに置き換えただけである。実施例１での鋳造欠陥の評
価結果は、金属粉末の混合量が下限の０.５重量部であ
ったため、埋没材の焼き付きによる鋳造体の軽度の面荒
れが観察された。これに対し、骨材を合計で２重量％配
合した実施例７では、埋没材の焼き付き現象の改善が確
認され、面荒れについては完全に防止することができ
た。同様に実施例８は、実施例１の石英，クリストバラ
イトのそれぞれ２重量％ずつを酸化チタンと炭化チタン
に置き換えた配合であり、埋没材の焼き付きによる面荒
れも全く発生せず鋳造欠陥のない鋳造体を得ることがで
きた。

【００５０】これに対し、実施例１３は実施例１のクリ
ストバライト１重量％を炭化珪素に置き換えた配合で鋳
造欠陥の発生の防止を意図したものであるが、実施例１
と比較して観察すると鋳造欠陥における面荒れの発生程
度が実用上は差し支えない程度ではあるが僅かに大きか
った。以上の結果から、金属酸化物，金属炭化物，金属
窒化物から成る群より選ばれる１種又は２種以上の骨材
を埋没材に配合して埋没材の焼き付き等の鋳造欠陥を抑
える場合には、２重量％以上混合することが好ましいこ
とが確認された。

【００５１】金属酸化物，金属炭化物，金属窒化物から
成る群より選ばれる１種又は２種以上の骨材の混合によ
る鋳造体の面荒れの改善については、実施例７〜１４で
確認されている。特に、実施例１１，１２及び１４にお
いては、金属粉末の混合量は本発明の上限値と規定して
いる５重量部であり、且つ骨材の配合量も２０重量％，
４０重量％及び５０重量％と大量であるため、耐熱性に
関してはリン酸塩系埋没材と比較しても差異が確認され
ない程にまで向上している。これらによって作製された
鋳造体の品位は、リン酸塩系埋没材で鋳造されたものと
同等であった。

【００５２】ところで、歯科用埋没材が持つ特性として
の条件は、数多く挙げられる。そして、その中で最も重
要な条件は、「鋳造される合金の鋳造時の収縮を補償す
るだけの膨張を有すること」である。現在の歯科鋳造シ
ステムにおいては、この条件が非常に重要であることは
明白な事実であり、様々な実験や文献の調査から判断し
て、歯科陶材焼付用合金の鋳造収縮を補償するための膨
張量は、「凝結膨張」と「加熱膨張」を合計して最低で
も１.５％以上が必要であることは前述した通りであ
る。

【００５３】そして、金属酸化物，金属炭化物，金属窒
化物から成る群より選ばれる１種又は２種以上の骨材を
配合することが、鋳造体の面荒れの防止に有用であるこ
とは確認された。しかし、骨材の配合量を確保するため
に結合材であるα−半水石こうを減量することは、鋳型
の圧縮強さを顕著に低下させてしまうから鋳バリなどの
鋳造欠陥を招いて実用に供することが不可能となる恐れ
がある。このため骨材の配合は、耐火材である石英やク
リストバライトと置き換えることを余儀なくされる。し
かし、金属酸化物，金属炭化物，金属窒化物から成る群
より選ばれる１種又は２種以上の骨材は、耐火材である
クリストバライトや石英のように特定の温度で結晶型が
変化（変態）して急激な膨張を示すような性質は無く、
加熱膨張を期待することはできない。そのため埋没材に
金属酸化物，金属炭化物，金属窒化物から成る群より選
ばれる１種又は２種以上を配合することは熱膨張値を低
下させ、その結果として鋳造収縮を補償するに必要な膨
張が得られないという現象を招くことになる。

【００５４】しかして、前述したような事柄は、骨材の
配合量の合計が４０重量％である実施例１２では凝結膨
張と熱膨張との合計がかろうじて１.５％を超えている
が、実施例１４では骨材の配合量が５０重量％となって
熱膨張が低下して総膨張量も１.２８％と必要最低量の
１.５％を下回り鋳造収縮の補償が不可能な値となった
ため、鋳造体の浮き上がり量が０.６ｍｍと大きくなっ
たことからも確認される。以上の結果から、金属酸化
物，金属炭化物，金属窒化物から成る群より選ばれる１
種又は２種以上の骨材を埋没材に配合して「埋没材の焼
き付き」や「面荒れ」の大幅な改善を図る場合には４０
重量％以下であることがより好ましいことが確認され
た。

【００５５】

【発明の効果】以上に詳述した如く、本発明に係る歯科
用石こう系埋没材組成物は、結合材としてのα−半水石
こうと、耐火材としての石英及び／又はクリストバライ
トと、更に「面荒れの防止」効果をより期待する場合に
は金属酸化物，金属炭化物，金属窒化物から成る群より
選ばれる１種又は２種以上の骨材から構成される混合物
に金属粉末を混合し、それから作られる鋳型の熱伝導性
を向上させて鋳造後の熱の放散能力を高め、その結果と
して凝固収縮による鋳巣及び埋没材の焼き付きによる鋳
造体の面荒れが無い歯科金属修復物の製作が可能となっ
たものである。

【００５６】前記したような種々の効果を有する本発明
に係る歯科用石こう系埋没材組成物の歯科分野に貢献す
る価値は非常に大きなものである。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ａ）結合材としてのα−半水石こう、 ｂ）耐火材としての石英及び／又はクリストバライト から構成される混合物１００重量部に対し、溶融温度が
   1400℃以上で1000℃における酸化物生成自由エネルギー
   値が−90,000（cal／ｇ・mol Ｏ₂）以上であり且つ熱伝
   導率がＦｅ以上の１種又は２種以上の金属粉末０.５〜
   ５重量部が混合されていることを特徴とする歯科用石こ
   う系埋没材組成物。
2. 【請求項２】ａ）結合材としてのα−半水石こう、 ｂ）耐火材としての石英及び／又はクリストバライト、 ｃ）骨材としての金属酸化物，金属炭化物，金属窒化物
   から成る群より選ばれる１種又は２種以上 から構成される混合物１００重量部に対し、溶融温度が
   1400℃以上で1000℃における酸化物生成自由エネルギー
   値が−90,000（cal／ｇ・mol Ｏ₂）以上であり且つ熱伝
   導率がＦｅ以上の１種又は２種以上の金属粉末０.５〜
   ５重量部が混合されていることを特徴とする歯科用石こ
   う系埋没材組成物。
3. 【請求項３】 骨材が歯科用石こう系埋没材組成物中に
   ２〜40重量％混合されている請求項２に記載の歯科用石
   こう系埋没材組成物。